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废钨的再加工处理是一个复杂的技术过程,其核心目标是将形态各异、成分复杂的含钨废料,通过一系列物理、化学及冶金手段,高效、经济、环保地转化为可重新用于工业生产的纯钨或钨化合物。这一过程不仅是资源循环的关键,也对保障钨这一战略资源的供应安全具有重要意义。
废钨原料的预处理与分类
再加工的一步是对回收的废钨原料进行严格的预处理与精细化分类。这是决定后续工艺路径、技术经济指标和更终产品质量的基础。废钨来源广泛,主要包括废旧硬质合金、钨材加工屑(棒、丝、板等边角料)、废钨触头、含钨催化剂、以及合金钢磨削产生的钨渣等。这些物料在形状、尺寸、钨含量(从百分之几到90%以上)及杂质(如钴、钛、铁、铜、油污)方面差异巨大。
预处理通常包括以下步骤:首先进行人工分拣,去除明显的非钨夹杂物。接着,根据物料特性进行破碎、研磨,以达到适合后续处理的粒度。对于硬质合金等坚硬物料,需使用颚式破碎机、对辊机等专用设备。随后,通过筛分、磁选、重选等方法进行物理分离,初步富集钨并去除部分铁磁性物质和轻质杂质。对于油污严重的切削屑,可能需要进行脱油清洗。精准的分类(如按钴含量高低、是否含钛分类)能为后续选择更适宜的化学处理方法提供依据,避免杂质交叉污染,并提高有价伴生金属(如钴)的回收价值。
主流化学处理工艺
经过预处理的废钨料,其再加工的核心在于通过化学方法将钨从固相中提取、纯化。目前工业应用的主要有以下几种工艺路线:
氧化焙烧-碱浸出法:这是处理废旧硬质合金(WC-Co类)更成熟、应用更广的方法。首先将废料在高温有氧环境下进行焙烧,使碳化钨氧化为易溶于碱的钨酸三氧化钨,同时钴转化为不溶于碱的氧化钴。焙烧产物经球磨后,用氢氧化钠或碳酸钠溶液浸出,钨以可溶的钨酸钠形式进入溶液,而钴、铁等杂质留在浸出渣中。溶液经过滤、净化后,可通过离子交换或溶剂萃取进一步提纯,然后加入盐酸酸化,沉淀出钨酸,再经洗涤、干燥、煅烧得到高纯度的三氧化钨。此法工艺成熟,回收率较高,但焙烧过程能耗大,可能产生粉尘和废气。
锌熔法:主要用于回收硬质合金中的碳化钨颗粒。其原理是利用锌在高温下与硬质合金中的钴粘结相形成低熔点合金,从而破坏WC-Co结构,使WC晶粒松散。处理后的物料经过蒸馏除去锌,得到疏松的WC-Co团聚物,再经破碎、过筛,即可得到可直接用于制造新硬质合金的WC粉和含钴副产物。该方法能直接回收价值较高的碳化钨颗粒,避免了复杂的化学转化,但需精确控制锌熔和蒸馏条件,且对含钛、钽的硬质合金处理效果不佳。
酸/碱直接分解法:对于某些特定废料,可采用强酸(如硝酸、盐酸与磷酸的混合酸)或强碱(如熔融碱)在高温高压下直接分解,使钨和杂质同时进入溶液,再通过多步分离、沉淀或萃取实现钨与杂质的分离和提纯。这种方法适用性较广,但试剂消耗大,废水处理复杂。
高温冶金法:对于高品位的纯钨废料(如钨条、钨丝头),可通过高温烧结、电子束熔炼或等离子熔炼进行重熔,直接铸锭,再经压力加工制成材。此法流程短,但要求原料纯度高,且对去除某些微量杂质的效果有限。
深度提纯与产品制备
通过上述方法得到的中间产物(如钨酸、三氧化钨或APT),其纯度可能还无法满足高端应用(如钨丝、高性能合金)的要求,需进行深度提纯。常用的提纯技术包括溶剂萃取、离子交换、选择性沉淀等,可有效去除钼、磷、砷、硅等微量杂质。
提纯后的化合物(主要是仲钨酸铵或三氧化钨)是制备更终产品的起点。通过氢气还原,可将三氧化钨还原为不同粒度分布的钨粉。钨粉是制造硬质合金、钨材、合金添加剂的核心原料。根据应用需求,钨粉可进一步通过粉末冶金工艺制成致密的钨坯,再经旋锻、拉拔等塑性加工制成钨棒、钨丝、钨板材等成品。
总结
废钨的再加工处理是一个技术密集、流程较长的系统工程。其技术路线的选择,高度依赖于废料的化学成分、物理形态、污染程度以及目标产品的要求。未来技术的发展将更加注重提高资源综合回收率、降低能耗与物耗、减少二次污染,并开发更高效的分离提纯技术,以实现钨资源的更大化循环利用。

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